“數(shù)學(xué)是很重要的,在每一個學(xué)科都有影響力,有些甚至過了2000年才看到它的重要性?!狈茽柶潽勈孜蝗A人得主、清華大學(xué)講席教授丘成桐在9月10日于上海臨港舉行的2025世界頂尖科學(xué)家協(xié)會獎新聞發(fā)布會上連線時表示,“數(shù)學(xué)的一個特色是,在遙遠的未來都可以有它的重要性?!?/p>
當(dāng)天令丘成桐欣慰的是,他最好的朋友和搭檔,也是他最重要的學(xué)生孫理察(Richard Schoen)摘得2025世界頂尖科學(xué)家協(xié)會獎“智能科學(xué)或數(shù)學(xué)獎”。
孫理察現(xiàn)為斯坦福大學(xué)人文與科學(xué)學(xué)院名譽講席教授,該獎項的授予旨在表彰他在幾何分析與微分幾何領(lǐng)域作出開創(chuàng)性工作,包括在共形偏微分方程、極小曲面、廣義相對論、調(diào)和映射及山邊問題等方面取得的奠基性成果。孫理察將獲得2025頂科協(xié)獎1000萬元單項獎金。
菲爾茲獎首位華人得主、清華大學(xué)講席教授丘成桐最好的朋友和搭檔,也是他最重要的學(xué)生孫理察(Richard Schoen)摘得2025世界頂尖科學(xué)家協(xié)會獎“智能科學(xué)或數(shù)學(xué)獎”。
2025頂科協(xié)獎“智能科學(xué)或數(shù)學(xué)獎”遴選委員會主席、美國計算機科學(xué)與統(tǒng)計學(xué)家邁克爾·I·喬丹(Michael I. JORDAN)在解讀時介紹,源自幾何分析領(lǐng)域的全新視角,孫理察攻克了橫跨物理學(xué)、拓撲學(xué)、分析學(xué)與幾何學(xué)領(lǐng)域的諸多長期懸而未決的難題。
邁克爾·I·喬丹尤其認為,數(shù)學(xué)與物理的交融共生,已然成為人類智慧迸發(fā)深刻洞見的璀璨舞臺。其舉例提到,這包括阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)對時空曲率的精妙闡釋,約瑟夫·拉格朗日(Joseph-Louis Lagrange)、哈密頓(William Rowan Hamilton)與亨利·龐加萊(Jules Henri Poincaré)等人借極值原理對動力學(xué)本質(zhì)的深刻洞察等。
而微分幾何這一數(shù)學(xué)分支的應(yīng)運而生,為這些理論演進筑牢了概念基石,它為現(xiàn)代物理學(xué)提供了統(tǒng)一的語言框架,更催生了諸多全然嶄新的數(shù)學(xué)領(lǐng)域。
邁克爾·I·喬丹介紹,孫理察在過去數(shù)十年間對數(shù)學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大影響。他是幾何分析領(lǐng)域的奠基人之一,該領(lǐng)域已成為現(xiàn)代數(shù)學(xué)中最活躍且成果最豐碩的方向之一。
20世紀(jì)70年代,正是孫理察與丘成桐合作完成了一系列開創(chuàng)性研究,解決了廣義相對論中著名的“正質(zhì)量猜想”。
在1973年斯坦福大學(xué)舉辦的國際幾何學(xué)會議上,彼時芝加哥大學(xué)的物理學(xué)家格羅赫(Robert Geroch)談到一個懸疑已久的謎,也被稱為“正質(zhì)量猜想”或“正能量猜想”,即在任何孤立的引力系統(tǒng)里,總質(zhì)量或能量必定是正的。
這一猜想引發(fā)極大關(guān)注在于,宇宙可以被視為孤立系統(tǒng),所以正質(zhì)量猜想也適用于整個宇宙。這一問題關(guān)乎時空的穩(wěn)定性,簡言之,除非時空的總質(zhì)量為正值,否則時空不可能是穩(wěn)定的。格羅赫向當(dāng)天會議上的幾何學(xué)家發(fā)出了戰(zhàn)帖,丘成桐正是在那場會議上被這一問題吸引。
孫理察是在博士二年級時認識丘成桐,并成為丘成桐和萊昂·西蒙的聯(lián)合培養(yǎng)博士生。而孫理察和丘成桐對于“正質(zhì)量猜想”的突破則發(fā)生在1977年深秋的一天傍晚,“理察和我從伯克利的辦公室回家吃飯,在途中我們對正質(zhì)量猜想有了新想法。”丘成桐在一本書中如是寫道。
實際上,孫理察只比丘成桐小一歲,“我們像兄弟一樣,有時候一起吃飯,有時候一起出去玩,但是在吃飯的時候或者是出去玩的時候,我們會討論我們的想法?!鼻鸪赏┨岬?,“我們中間15年的合作,這15年也是我一輩子學(xué)問發(fā)展的最重要的過程,我們在一起發(fā)展了幾何分析這個學(xué)科?!?/p>
對于“正質(zhì)量猜想”的解決,邁克爾·I·喬丹在解讀時表示,“這一問題的解決,不僅在廣義相對論框架下深刻揭示了引力的本質(zhì)結(jié)構(gòu),更產(chǎn)生了深遠影響,尤其在能量與質(zhì)量的準(zhǔn)局域概念構(gòu)建中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。”
時隔不久,即1984年,孫理察還完成了微分幾何領(lǐng)域另一個源于廣義相對論的重要問題“山邊猜想”的證明。該猜想提出,存在一種常標(biāo)量曲率的黎曼度量,其作為希爾伯特-愛因斯坦泛函的極小化者而存在。早期研究試圖用純分析方法攻克這一難題,孫理察則開創(chuàng)性地通過應(yīng)用正質(zhì)量定理獲得了黎曼曲率張量的關(guān)鍵漸近信息?!斑@一優(yōu)美而強大的方法不僅徹底解決了山邊問題,更為共形幾何領(lǐng)域的興起奠定了基礎(chǔ)?!?/p>
2007年,孫理察又與布雷恩德勒(S. Brendle)合作證明了“微分球面定理”。該猜想由霍普夫(Hopf)于1932年提出,主張“單連通的閉黎曼流形若其截面曲率介于1與4之間,則必微分同胚于球面”。孫理察與布雷恩德勒通過創(chuàng)造性運用里奇流(Ricci flow)解決了這一難題——這種分析方法與佩雷爾曼(Perelman)運用里奇流證明龐加萊猜想的工作形成了深刻呼應(yīng)。
邁克爾·I·喬丹在解讀時還提到,孫理察還與丘成桐、烏倫貝克(K. Uhlenbeck)、格羅莫夫(M. Gromov)等學(xué)者合作,共同發(fā)展了源于物理學(xué)的另一數(shù)學(xué)分支——調(diào)和映射的變分理論。調(diào)和映射是滿足狄利克雷能量相關(guān)歐拉-拉格朗日方程的解,可作為調(diào)和函數(shù)的自然推廣。孫理察與合作者運用調(diào)和映射研究流形的拓撲與幾何結(jié)構(gòu),并為能量極小化調(diào)和映射建立了影響深遠的正則性理論。
“他通過革命性的定理解決了看似不可攻克的問題,創(chuàng)造了重新定義幾何分析框架的數(shù)學(xué)工具,并以其教學(xué)洞見與開創(chuàng)性方法激勵了幾代幾何學(xué)家?!边~克爾·I·喬丹評價稱,孫理察五十年的學(xué)術(shù)生涯對數(shù)學(xué)產(chǎn)生了無與倫比的影響。
對于數(shù)學(xué)和其他學(xué)科之間的連接,孫理察在連線時談到,數(shù)學(xué)的抽象性具有重要作用,因為它能夠幫助我們提煉問題的核心特征,去除標(biāo)簽和無關(guān)細節(jié)。構(gòu)建好的抽象模型的優(yōu)勢在于,它不僅能夠高效地解決問題,還能拓展方法的適用范圍,從而解決更廣泛的問題。
“當(dāng)然,過度抽象有時會使數(shù)學(xué)家偏離最初想要解決的現(xiàn)實問題。我始終努力貼近具體問題,以確保提出的解決方案對數(shù)學(xué)專家以外的工作者也同樣具有價值。”
“在我的職業(yè)生涯中,我見證了許多曾被視為純理論的數(shù)學(xué)方向找到了實際應(yīng)用場景?!睂O理察舉例提到,微分幾何被應(yīng)用于計算機圖形學(xué),數(shù)論被應(yīng)用于密碼學(xué),線性代數(shù)和圖論則被應(yīng)用于PageRank算法?!拔乙部吹搅藬?shù)學(xué)在人工智能等新興領(lǐng)域變得日益重要。如今,相比我的職業(yè)生涯早期,我的博士生們在學(xué)術(shù)界之外擁有更多的職業(yè)選擇機會?!?/p>
值得一提的是,丘成桐當(dāng)天還談道,孫理察還帶領(lǐng)了不少中國學(xué)者、中國學(xué)生,“帶領(lǐng)他們在幾何分析的領(lǐng)域做了很重要的工作,我們可以想見,未來幾十年幾何分析的工作會不停地影響數(shù)學(xué)、物理、人工智能,也會影響工業(yè)的種種不同的方向?!?/p>
孫理察曾四次到訪上海,第一次是在1980年12月,最近一次是在2018年春天?!拔移诖吹竭@座城市自2018年以來的變化,我也非常期待與一些數(shù)學(xué)界的同仁重逢,其中一些已多年未見?!?025頂科協(xié)獎頒獎典禮將于10月24日與2025世界頂尖科學(xué)家論壇開幕式同時舉行,孫理察也將來滬出席典禮,并參加獲獎?wù)呦盗薪涣骰顒印?/p>
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